阶段评估·质量检测六.ppt

二、计算题(本大题共4小题，共52分，要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位) 13.(13分)在开展研究性学习的过程中，某同学设计了一个利用线圈测量转轮转速的装置.如图所示，在轮子的边缘贴上小磁体，将小线圈靠近轮边放置，接上数据采集器和电脑(即DIS实验器材).如果小线圈的面积为S，圈数为N匝，小磁体附近的磁感应强度最大值为B，回路的总电阻为R，实验发现，轮子转过θ角，小线圈的磁感应强度由最大值变为零.因此，他说“只要测得此时感应电流的平均值I，就可以测出转轮转速的大小”.请你运用所学的知识，通过计算对该同学的结论作出评价. 【解析】该同学的结论是正确的. (2分) 设转轮的角速度、转速分别为ω和n，轮子转过θ角所需时 间为Δt，通过线圈的磁通量的变化量为ΔΦ，线圈中产生 的感应电动势的平均值为E. 根据法拉第电磁感应定律有E=N =N (3分) 由闭合电路欧姆定律有I=E/R (2分) 又Δt= (2分) n= (2分) 联立以上四式得，n= (2分) 由此可见，该同学的结论是正确的. 答案：见解析 14.(10分)如图(甲)所示，一固定的矩形导体线圈水平放置，线 圈的两端接一只小灯泡，在线圈所在空间内存在着与线圈平面 垂直均匀分布的磁场.已知线圈的匝数n=100匝，电阻r= 1.0 Ω，所围成矩形的面积S= 0.040 m2，小灯泡的电阻R= 9.0 Ω，磁场的磁感应强度B按如图(乙)所示的规律变化，线圈 中产生的感应电动势瞬时值的表达式为e=nBmS cos t,其中 Bm为磁感应强度的最大值，T为磁场变化的周期.不计灯丝电阻 随温度的变化，求： (1)线圈中产生感应电动势的最大值. (2)小灯泡消耗的电功率. (3)在磁感应强度变化的0～ 的时间内，通过小灯泡的电荷量. 【解题提示】本题考查交流电的几个“值” (1)电功率用有效值计算； (2)电荷量用平均值计算. 【解析】(1)因为线圈中产生的感应电流变化的周期与磁场变化的周期相同，所以由图象可知，线圈中产生交变电流的周期为T=3.14×10-2s. (1分) 所以线圈中感应电动势的最大值为 Em=2πnBmS/T=8.0 V (2分) (2)根据欧姆定律，电路中电流的最大值为 Im= =0.80 A, (1分) 通过小灯泡电流的有效值为I=Im/ = A， (1分) 小灯泡消耗的电功率为P=I2R=2.88 W (1分) 答案：(１)8.0 V (2)2.88 W (3)4.0×10-3 C 15.(15分)某发电站的输出功率为104 kW,输出电压为4 kV,通过理想变压器后向80 km远处供电.已知输电导线的电阻率为ρ=2.4×10-8 Ω·m,导线横截面积为1.5×10-4 m2,输电线路损失的功率为输出功率的4%.求: (1)升压变压器的输出电压. (2)输电线路上的电压损失. 答案：(1)8×104 V (2)3.2×103 V 【解析】 16.(14分)如图所示，两根与水平 面成θ＝30°角的足够长光滑金 属导轨平行放置，导轨间距为L＝ 1 m，导轨底端接有阻值为1 Ω的 电阻R，导轨的电阻忽略不计.整个 装置处于匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面斜向上，磁感应强度B＝1 T.现有一质量为m＝0.2 kg、电阻不计的金属棒用细绳通过光滑滑轮与质量为M＝0.5 kg的物体相连，细绳与导轨平面平行.将金属棒与M由静止释放，金属棒沿导轨运动了2 m后开始做匀速运动.运动过程中，金属棒与导轨始终保持垂直接触.(取重力加速度g=10 m/s2)求： (1)金属棒匀速运动时的速度； (2)金属棒从释放到开始匀速运动的过程中，电阻R上产生的焦耳热； (3)若保持某一大小的磁感应强度B1不变，取不同质量M的物块拉动金属棒，测出金属棒相应的做匀速运动的v值，得到实验图象如图所示，请根据图中的数据计算出此时的B1. 【解题提示】解答本题从以下几点入手: (1)金属棒匀速运动的受力分析; (2)金属棒从释放到开始匀速运动的过程中,电流不恒定,求焦耳热用能量转化与守恒; (3)根据平衡条件写出